JP3578801B2 - Receiver - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、地上系デジタルテレビジョン放送あるいはデジタル音声放送などに適した変調方式である直交周波数分割多重デジタル変調方式(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:OFDM)に使用される受信装置に関する。
【0002】
[発明の概要]
本発明は、マルチキャリア・デジタル変調方式の1種である多値OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:OFDM)方式における受信装置に関するもので、送信側で、振幅・位相の基準となる振幅・位相基準データを、伝送フレーム内の予め定められた位置で周期的に送り、受信装置で、この振幅・位相基準データを基にして有効データを復元する際に、受信した複数個の振幅・位相基準データの振幅値変動、位相値変動の大きさおよびその変動率などに基づき、受信装置が停止しているのか、移動しているのかを検出するとともに、伝送路特性が定常的か、非定常的かを検出し、これらの検出結果に基づき、復調用基準データを求める際、受信した複数個の振幅・位相基準データの平均値を計算することにより求めるか、補間値を計算することにより求めるかを選択するとともに、平均化するとき、平均の回数(平均する振幅・位相基準データの数)を調整することにより、受信装置の受信状況、伝送路の特性変化などに応じて復調用基準データの値を常に最適化することを可能にするものである。
【0003】
【従来の技術】
地上系デジタルテレビジョン放送あるいはデジタル音声放送などに適した変調方式である直交周波数分割多重デジタル変調方式(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:OFDM)を使用した送受信システムとしては、例えば特開平05−219021号(特願平04−017067号)公報に記載された「直交周波数分割多重ディジタル信号伝送方式およびそれに用いる送信装置並びに受信装置」が知られている。
【0004】
この送受信システムでは、送信装置によって、送信対象となる複数の信号(有効データ)および振幅・位相基準データ(基準データ)を周波数軸上の複素数データとして、これらの各複素数データを逆離散フーリェ変換して時間軸上のベースバンド時間軸波形に変換してOFDM信号を生成し、これを無線周波数で送信する。
【0005】
そして、受信装置でこのOFDM信号を受信してベースバンド時間軸波形を再生するとともに、このベースバンド時間軸波形を離散フーリェ変換し、これによって得られた基準データの値に基づき、各信号の値を判定して前記OFDM信号中に含まれている受信信号を再生する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような直交周波数分割多重デジタル変調方式では、次に述べるような問題があった。
【0007】
まず、このような直交周波数分割多重デジタル変調方式においては、基準データを基にして有効データを復元する場合、有効データを復元するために用いる復調用基準データとして、受信動作によって得られた最新の基準データ1個を用いているとき、原理的には、復調後の受信データのビット誤り率特性を、単一搬送波デジタル変調方式における遅延検波の場合のビット誤り率特性とほぼ同じにすることができる。
【0008】
しかしながら、このような直交周波数分割多重デジタル変調方式を使用する受信装置側が必ずしも、一定の場所に固定化されているとは限らず、また伝送路特性も常に一定になっていると限らないため、実際の受信装置では、有効データを復元するために用いる復調用基準データとして、受信動作によって得られた最新の基準データ1個を用いたとき、復調後の受信データのビット誤り率特性が、単一搬送波デジタル変調方式における遅延検波の場合のビット誤り率特性より悪い値になってしまうという問題があった。
【0009】
そこで、このような不都合を無くすために、復調用基準データを得る方法として、受信動作によって得られた複数の基準データを平均化して、復調用基準データの値として常に最適な値を得るようにし、これによって1台の受信装置を固定状態で使用しても、可搬状態で使用しても、移動状態で使用しても、また伝送路特性の変動が激しいときでも、ビット誤り率を低下させることが考えらている。
【0010】
しかしながら、受信動作によって得られた複数の基準データを平均化して、復調用基準データの値を得る方法では、復調用基準データのみが時間的に平均化されてしまうので、受信動作によって得られた受信データの振幅や位相が時間の経過とともに変化するとき、例えば受信装置を移動させながら、受信させたときや伝送路の特性が急激に変化したときなどに、かえってビット誤り率が悪化してしまうなどの問題があった。
【0011】
本発明は上記の事情に鑑み、受信形態あるいは伝送路の変動状態がどのような条件であっても、復調用基準データの値として常に最適な値を得ることができ、これによって受信データのビット誤り率を大幅に低下させることができる受信装置を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、請求項1では、送信対象となる複数の送信データを周波数軸上に展開した後、時間軸上に展開してマルチキャリア信号を生成する直交周波数分割多重変復調方式における受信装置であって、送信側から、伝送フレーム内の所定位置に挿入されて周期的に送られる振幅・位相の基準となる振幅・位相基準データを基にして有効データを復元する際、受信した複数個の振幅・位相基準データの平均値または補間値の少なくともいずれかを計算して、有効データを復元するために用いる復調用基準データを求める手段と、伝送路特性が定常的か非定常的か、あるいは当該受信装置が静止しているか、移動しているかを検出する受信状態検出手段と、前記受信状態検出手段により得られた検出結果に基づき、有効データを復元するために用いる復調用基準データを、受信した複数個の振幅・位相基準データの平均値を計算することにより求めるか、補間値を計算することにより求めるかを切り換える手段とを備えたことを特徴としている。
【0013】
請求項2では、請求項1に記載の受信装置において、伝送路特性の変化速度、あるいは当該受信装置の移動速度の概算値を検出する変動率検出手段と、前記変動率検出手段により得られた検出結果に基づき、受信した複数個の振幅・位相基準データの平均値を計算する際の平均化する基準データの個数を変化させて、有効データを復元するために用いる復調用基準データを求める手段とを備えたことを特徴としている。
【0019】
【作用】
上記の構成によれば、受信形態あるいは伝送路の変動状態がどのような条件であっても、復調用基準データの値として常に最適な値にし、これによって受信データのビット誤り率を大幅に低下させることができる。
【0026】
【実施例】
《本発明による受信装置の基本原理》
まず、受信装置を固定させて受信させるときにおいて、伝送路特性の変化が少ない場合には、受信した複数個の基準データの平均値を計算して復調用基準データの平均値とし、復調用基準データを求める。
【0027】
これによって、復調後の受信データのビット誤り率特性を、単一搬送波デジタル変調方式における同期検波の場合のビット誤り率特性に近づけることができる。
【0028】
しかしながら、移動受信時において、このような基準データの平均化処理を行なうと、ビット誤り率をかえって悪化させてしまう。
【0029】
そこで、受信装置を移動させて受信させるときや伝送路特性の変化が大きい場合には、ある時刻で受信された有効データを復調するための基準データとして、その時刻より前で受信した最新の基準データと、その時刻より後で最初に受信した基準データとを補間した値を用いる。
【0030】
これによって、復調後の受信データのビット誤り率特性を、単一搬送波デジタル変調方式における同期検波の場合のビット誤り率特性に近づけることができる。
【0031】
これらのことを考慮して、本発明では、受信装置が固定受信用または可搬・移動受信用のどの形態で使用されるか、伝送路の特性が安定、非安定のどの状態であるかなどの受信条件によって、複数の基準データから復調用基準データを求める際、平均化処理または補間処理のうち、最適な方を選択するとともに、平均化する際、使用する基準データの数などを最適化して、受信装置の受信形態あるいは伝送路の変動状態がどのような条件であっても、復調用基準データの値として常に最適な値を得ることができ、これによって受信データのビット誤り率を大幅に低下させるようにしている。
【0032】
《実施例の構成》
<送信装置の構成説明>
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施例を詳細に説明する。
【0033】
図1は送信装置の一例を示すブロック図である。
【0034】
この図に示す送信装置1は固定基準データメモリ回路2と、タイミング発生回路3と、有効データ・基準データ切り換え制御回路4と、切り換えスイッチ5と、直列並列変換回路6と、OFDM変調回路7と、周波数変換回路8とを備えており、送信対象となる複数の有効データを順次、取り込むとともに、これらの各有効データの所定部分に予め設定されている振幅値、位相値を持つ基準データを挿入した後、並列な複素数データにし、さらにこれを逆離散フーリェ変換してOFDM信号のベースバンド時間軸波形にした後、このベースバンド時間軸波形を無線周波数のOFDM信号にして、これを送信する。
【0035】
固定基準データメモリ回路2は基準データの固定値が予め登録されており、登録されている固有値を持つ基準データを前記切り換えスイッチ5の一方の端子に供給する。
【0036】
また、タイミング発生回路3は予め設定されている周波数で発振してフレーム同期信号、シンボル同期信号、搬送波番号カウントパルス信号、サンプリングクロック信号などを生成し、これを有効データ・基準データ切り換え制御回路4と、OFDM変調回路7とに供給する。
【0037】
有効データ・基準データ切り換え制御回路4は前記タイミング発生回路3から出力されるフレーム同期信号、シンボル同期信号、搬送波番号カウントパルス信号、サンプリングクロック信号などに基づいて、OFDM信号の伝送フレームを構成する各伝送シンボルの搬送波のうち、予め設定されている条件を満たす搬送波に基準データを挿入させるのに必要な制御信号を生成し、前記切り換えスイッチ5に供給する。
【0038】
切り換えスイッチ5は一方の端子によって前記固定基準データメモリ回路2から出力される基準データを受けるとともに、他方の端子によって送信対象となる有効データを受け、前記有効データ・基準データ切り換え制御回路4から出力される制御信号が有効データを指定しているとき、他方の端子に入力されている有効データを選択して、これを直列並列変換回路6に供給し、また前記制御信号が基準データを指定しているとき、一方の端子に入力されている基準データを選択して、これを直列並列変換回路6に供給する。
【0039】
直列並列変換回路6は前記切り換えスイッチ5から出力される基準データや有効データを取込み、これを直列並列変換して、OFDM信号を構成する各搬送波に各々、対応させた複数の複素数データにし、これをOFDM変調回路7に供給する。
【0040】
OFDM変調回路7は前記タイミング発生回路3から出力されるフレーム同期信号、シンボル同期信号、搬送波番号カウントパルス信号、サンプリングクロック信号などに基づいて、前記直列並列変換回路6から出力される各複素数データを取り込むとともに、これらの各複素数データに対し、逆離散フーリェ変換を行なって、周波数軸上にあるこれらの各複素数データを時間軸上のベースバンド時間軸波形(または、中間周波数)にした後、これを周波数変換回路8に供給する。
【0041】
周波数変換回路8は前記OFDM変調回路7から出力されるベースバンド時間軸波形(または、中間周波数)を取込み、これを無線周波数に変換して送信信号となるOFDM信号を生成し、これを送信する。
【0042】
<送信装置の動作説明>
次に、図1に示すブロック図を参照しながら、この送信装置1の動作を説明する。
【0043】
まず、送信対象となる有効データが取り込まれて、切り換えスイッチ5に供給されるとともに、固定基準データメモリ回路2によって、予め登録されている基準データの固定値が読み出されて、これが切り換えスイッチ5に供給される。
【0044】
そして、有効データ・基準データ切り換え制御回路4によってタイミング発生回路3から出力されるフレーム同期信号、シンボル同期信号、搬送波番号カウントパルス信号、サンプリングクロック信号などに基づき、基準データの出力タイミングが判定されるとともに、この判定結果に基づき、制御信号が生成されて、切り換えスイッチ5が制御される。
【0045】
これより、この切り換えスイッチ5によって前記各有効データ間中の所定部分に基準データが挿入されて直列データが生成され、これが直列並列変換回路6によって並列データに変換されるとともに、OFDM信号を構成する各搬送波を割り当てた複数の複素数データにされてOFDM変調回路7に供給される。
【0046】
そして、このOFDM変調回路7によって前記タイミング発生回路3から出力されるフレーム同期信号、シンボル同期信号、搬送波番号カウントパルス信号、サンプリングクロック信号などに基づき、前記直列並列変換回路6から出力される各複素数データが取り込まれるとともに、これらの各複素数データに対し、逆離散フーリェ変換が行なわれ、周波数軸上にあるこれらの各複素数データが時間軸上のベースバンド時間軸波形(または、中間周波数)にされ後、周波数変換回路8に供給されて、無線周波数のOFDM信号にされ、受信装置側に送信される。
【0047】
次に、図2に示す模式図〜図5に示す模式図を参照しながら、前記OFDM変調回路7における信号処理を詳細に説明する。
【0048】
まず、OFDM方式における一般的な信号処理の概要は、公知の文献、例えば「Le Floch et al. “Digital Sound Broadcasting to Mobile Receivers”,IEEE Transactions on Consumer Electronics,Vol.35,No.3,August 1989,pp.493−503」に示されている。
【0049】
そして、この文献からも明らかなように、OFDM方式では、送信対象となる複数の有効データを複数の複素数データにして、これを周波数軸上に展開し、これを逆離散フーリェ変換(IFFT)することにより、時間軸上のベースバンド時間軸波形にして、送信対象となるOFDM信号を生成する。
【0050】
この場合、例えば図2(a)に示す如く、搬送波数が“600”、IFFTポイント数が“1024”であれば、各有効データおよび基準データが周波数軸上に展開された複素数データの形式でOFDM変調回路7に入力され、このOFDM変調回路7のIFFT処理によって図2(b)に示すようなベースバンド時間軸波形に変換される。なお、図2(a)では、搬送波番号“1”〜“300”をIFFTポイント番号“2”〜“301”に、搬送波番号“301”〜“600”をIFFTポイント番号“725”〜“1024”に割り当てる。
【0051】
そして、各搬送波を予め設定されている変調方式、例えば16QAM変調してOFDM信号を生成し、これを送信する場合には、図3に示す如く送信データに基づいて、各搬送波の信号点が配置され、この配置位置に応じた振幅および位相となるように、各搬送波が変調されて変調波が生成されるとともに、各搬送波のいずれかの信号点が前記変調波に対する基準データとして送信される。
【0052】
例えば、図3において、ある搬送波の搬送波番号が“m”であれば、“m mod 4”の値に応じて、信号点A、B、C、Dのいずれか1つが選択され、選択された信号点が前記搬送波の基準データとして送信される。なお、ここで、“k mod 4”は、整数kを“4”で割ったときの余り(剰余)を表わしており、基準データを送信する搬送波の振幅値、位相値として、16QAM変調の対角位置にある信号点A、B、C、Dのいずれかが選択されることから、搬送波で送られる基準データの値は常に一定になる。
【0053】
そして、各伝送シンボル毎に、基準データを送る場合、図4に示す如く伝送シンボル番号を“m”とし、搬送波番号を“n”としたとき、第m伝送シンボルでは、“m mod 8=n mod 8”となる搬送波、すなわち、
【数1】
m≡n (mod 8)
となる搬送波番号“n”の各搬送波で、基準データが送信される。
【0054】
そして、上述した処理を各伝送シンボル毎に行なって、図5に示す如く1個の同期用シンボルと、この同期用シンボルに続く100個の伝送シンボルとによって構成される伝送フレームを持つOFDM信号が生成され、これが受信装置側に送信される。
【0055】
<受信装置の構成説明>
図6は本発明による受信装置の一実施例を示すブロック図である。
【0056】
この図に示す受信装置11は受信データ分離回路12と、復調用基準データ生成回路13と、有効データ再生回路14とを備えており、前記送信装置1から送信された無線周波数のOFDM信号を受信して、ベースバンド時間軸波形を再生した後、このベースバンド時間軸波形中の基準データに基づき、受信装置11の移動・固定状態、伝送路の状態などに基づき、最適な復調用基準データを生成するとともに、この復調用基準データに基づき、前記ベースバンド時間軸波形中の有効データの振幅、位相を判定して前記有効データの値を推定し、これを再生する。
【0057】
受信データ分離回路12は周波数変換回路15と、フレーム同期・シンボル同期再生回路16と、OFDM復調回路17と、並列直列変換回路18と、有効データ・基準データ切り換え制御回路19と、切り換えスイッチ20とを備えおり、送信装置1から送信された無線周波数のOFDM信号を受信し、これを周波数変換してベースバンド時間軸波形を再生した後、このベースバンド時間軸波形中の基準データと、有効データとを分離して、基準データを復調用基準データ生成回路13に供給し、また有効データを有効データ再生回路14に供給する。
【0058】
周波数変換回路15は前記送信装置1から送信された無線周波数信号形式のOFDM信号を取込み、これをベースバンド時間軸波形(または、中間周波)に変換して、このベースバンド時間軸波形(または、中間周波)をフレーム同期・シンボル同期再生回路16と、OFDM復調回路17とに供給する。
【0059】
フレーム同期・シンボル同期再生回路16は前記周波数変換回路15から出力されるベースバンド時間軸波形(または、中間周波)を取込み、このベースバンド時間軸波形(または、中間周波)中に含まれているフレーム同期信号、シンボル同期信号、搬送波番号カウントパルス信号、サンプリングクロック信号などを再生し、これをOFDM復調回路17と、有効データ・基準データ切り換え制御回路19とに供給する。
【0060】
有効データ・基準データ切り換え制御回路19は前記フレーム同期・シンボル同期再生回路16から出力されるフレーム同期信号、シンボル同期信号、搬送波番号カウントパルス信号、サンプリングクロック信号などに基づいて、OFDM信号の伝送フレームを構成する各伝送シンボルのうち、指定された伝送シンボル中に含まれている基準データを選択するのに必要な制御信号を生成し、前記切り換えスイッチ20を切り換える。
【0061】
また、OFDM復調回路17は前記周波数変換回路15から出力される時間軸上のベースバンド時間軸波形(または、中間周波)を取り込むとともに、前記フレーム同期・シンボル同期再生回路16から出力されるフレーム同期信号、シンボル同期信号、搬送波番号カウントパルス信号、サンプリングクロック信号などに基づいて、離散フーリェ変換(FFT)により、前記時間軸上のベースバンド時間軸波形(または、中間周波)を周波数軸上にある前記複素数データに変換し、これを並列直列変換回路18に供給する。
【0062】
並列直列変換回路18は前記OFDM復調回路17から並列に出力される複数の複素数データを取込み、これを並列直列変換して直列データにして切り換えスイッチ20の共通端子に供給する。
【0063】
切り換えスイッチ20は共通端子によって前記並列直列変換回路18から出力される直列データを受け、前記有効データ・基準データ切り換え制御回路19から出力される制御信号が基準データを指定しているとき、共通端子に入力されている直列データを一方の端子に導いて復調用基準データ生成回路13に供給し、また前記制御信号が有効データを指定しているとき、共通端子に入力されている直列データを他方の端子に導いて前記有効データ再生回路14に供給する。
【0064】
復調用基準データ生成回路13は受信基準データメモリ回路21と、伝送路特性変動検出回路22と、平均・補間切り換え平均回数決定/復調用基準データ計算回路23とを備えており、前記受信データ分離回路12から出力されるベースバンド時間軸波形中の基準データを取り込むとともに、この基準データの振幅値変動、位相値変動の大きさおよびその変化率などに基づき、受信装置11が移動しているのか、固定されているのか、伝送路特性が定常的か、非定常的かなどを判定するとともに、この判定結果に基づき、前記基準データから最適な復調用基準データを生成し、これを有効データ再生回路14に供給する。
【0065】
受信基準データメモリ回路21は前記切り換えスイッチ20から出力される直列データ(基準データ)を取込み、これを記憶しながら、記憶している基準データを伝送路特性変動検出回路22と、平均・補間切り換え平均回数決定/復調用基準データ計算回路23とに供給する。
【0066】
伝送路特性変動検出回路22は前記受信基準データメモリ回路21から出力される基準データを取込み、この基準データの振幅値、位相値の大きさおよび変動率などを検出し、この検出結果に基づき、伝送路の特性を判定し、この判定結果を平均・補間切り換え平均回数決定/復調用基準データ計算回路23に供給する。
【0067】
この場合、前記受信基準データメモリ回路21から周期的に出力される基準データの振幅値が変化しているかどうか、位相値が変化しているかどうかに基づき、受信装置11が固定化されているのか、移動中かどうか、伝送路特性が変化しているかどうか判定される。また、前記受信基準データメモリ回路21から周期的に出力される基準データの振幅値の変化率、位相値の変化率に基づき、伝送路特性の変化速度の概算値あるいは受信装置11の移動速度の概算値が求められ、これらの判定結果が平均・補間切り換え平均回数決定/復調用基準データ計算回路23に供給される。
【0068】
平均・補間切り換え平均回数決定/復調用基準データ計算回路23は前記受信基準データメモリ回路21から出力される基準データを取込むとともに、前記伝送路特性変動検出回路22から出力される各検出結果や各判定結果に基づき、前記基準データを平均化する際の個数設定、平均化処理/補間処理の選択などを行なって前記基準データから復調用基準データを計算し、これを有効データ再生回路14に供給する。
【0069】
この場合、伝送路特性が定常的か、非定常的か、あるいは受信装置11が固定化されているか、移動中かどうかに基づき、平均化処理、補間処理のうち、いずれかの処理が選択されるとともに、伝送路特性の変化速度の概算値に基づき、平均化処理対象となる基準データの個数が調整されて、前記基準データから復調用基準データが計算され、これが有効データ再生回路14に供給される。
【0070】
有効データ再生回路14は受信有効データメモリ回路24と、受信データ振幅・位相計算回路25とを備えており、前記受信データ分離回路12から出力されるベースバンド時間軸波形中の有効データを取り込むとともに、前記復調用基準データ生成回路13から出力される復調用基準データに基づき、前記有効データの振幅、位相を判定して前記有効データの値を推定して、これを再生する。
【0071】
受信有効データメモリ回路24は前記切り換えスイッチ20から出力される直列データ(有効データ)を取込み、これを記憶しながら、記憶している有効データを受信データ振幅・位相計算回路25に供給する。
【0072】
受信データ振幅・位相計算回路25は前記復調用基準データ生成回路13から出力される復調用基準データと、前記受信有効データメモリ回路24から出力される有効データとを取込むとともに、前記復調用基準データを基準として、前記有効データの振幅、位相を判定して有効データの推定値を計算し、これを再生データとして出力する。
【0073】
<受信装置の動作説明>
次に、図6に示すブロック図を参照しながら、前記受信装置11の動作を説明する。
【0074】
まず、周波数変換回路15によって無線周波数のOFDM信号(受信信号)が取り込まれ、これが周波数変換されてベースバンド時間軸波形にされた後、フレーム同期・シンボル同期再生回路16と、OFDM復調回路17とに供給される。
【0075】
これにより、このフレーム同期・シンボル同期再生回路16によって前記ベースバンド時間軸波形中に含まれているフレーム同期信号、シンボル同期信号、搬送波番号カウントパルス信号、サンプリングクロック信号などが再生され、これがOFDM復調回路17と、有効データ・基準データ切り換え制御回路19とに供給されるとともに、有効データ・基準データ切り換え制御回路19によって前記フレーム同期信号、シンボル同期信号、搬送波番号カウントパルス信号、サンプリングクロック信号などに基づき、OFDM信号のフレームを構成する各伝送シンボル中に含まれている各基準データを選択するのに必要な制御信号が生成され、これが切り換えスイッチ20に供給される。
【0076】
また、この動作と並行して、前記OFDM復調回路17によって前記フレーム同期・シンボル同期再生回路16から出力されるフレーム同期信号、シンボル同期信号、搬送波番号カウントパルス信号、サンプリングクロック信号などに基づき、離散フーリェ変換(FFT)が行われて、前記周波数変換回路15から出力される時間軸上のベースバンド時間軸波形(または、中間周波)が周波数軸上に展開されて複数の複素数データに変換され、これが並列直列変換回路18に供給されて、前記各複素数データが並列直列変換されて直列データにされ、切り換えスイッチ20の共通端子に供給される。
【0077】
そして、この切り換えスイッチ20によって前記有効データ・基準データ切り換え制御回路19から出力される制御信号に基づき、前記直列データ中の基準データと、有効データとが分離されて、基準データが受信基準データメモリ回路21に供給されて記憶されるとともに、有効データが受信有効データメモリ回路24に供給されて記憶される。
【0078】
次いで、伝送路特性変動検出回路22によって前記受信基準データメモリ回路21に記憶されている基準データが読み出され、この基準データの振幅値、位相値の変動率の大きさと、その変動の速さなどが検出された後、この検出結果に基づき、受信装置11の受信形態、伝送路の特性などを判定され、この判定結果が平均・補間切り換え平均回数決定/復調用基準データ計算回路23に供給される。
【0079】
そして、この平均・補間切り換え平均回数決定/復調用基準データ計算回路23によって前記受信基準データメモリ回路21から基準データが読み出されるとともに、前記伝送路特性変動検出回路22から出力される各検出結果や各判定結果に基づき、前記基準データを平均化する際の個数設定、平均化処理/補間処理の選択などが行なわれて、前記基準データから復調用基準データが計算され、これが受信データ振幅・位相計算回路25に供給される。
【0080】
この場合、伝送路特性変動検出回路22によって受信装置11が固定化された状態で、伝送路特性の変化が少ないと判定されているときには、伝送路特性の変化率に応じて数だけ、前記受信基準データメモリ回路21から振幅・位相基準データとなる基準データが読み出され、これら基準データの平均値が計算されて復調用基準データが生成され、これが受信データ振幅・位相計算回路25に供給される。
【0081】
また、伝送路特性変動検出回路22によって受信装置11が固定化されていても、伝送路特性の変化が大きいと判定されているときや受信装置11が移動中であると判定されているときには、振幅・位相の計算対象となる有効データを受信した時刻より、前に受信した最新の基準データと、前記時刻より後で受信した最初の基準データとが補間されて、復調用基準データが生成され、これが受信データ振幅・位相計算回路25に供給される。
【0082】
そして、受信データ振幅・位相計算回路25によって前記受信有効データメモリ回路24から有効データが読み出されるとともに、前記平均・補間切り換え平均回数決定/復調用基準データ計算回路23から出力される復調用基準データに基づき、前記有効データの振幅、位相が判定されて有効データの推定値が計算され、これが再生データとして出力される。
【0083】
この場合、ある1つの伝送シンボル番号、搬送波番号に対応する有効データを“DRX”、送信装置1側の基準データを“STX”、受信装置11側の復調用基準データを“SRX”とすると、送信された有効データの推定値“DTX”は、
DTX/DRX=STX/SRX
となり、
DTX=DRX・STX/SRX
によって求められる。なお、ここでは、これら“DRX”、“STX”、“SRX”、“DTX”は、全て複素数データである。
【0084】
《実施例の効果》
このようにこの実施例においては、送信装置1側で、複数の有効データ間の所定部分に基準データを挿入した後、無線周波数のOFDM信号に変換して、これを送信し、受信装置11側で、前記OFDM信号を受信してベースバンド時間軸波形を再生した後、このベースバンド時間軸波形中の基準データに基づき、受信装置11の移動・固定状態、伝送路の状態などを判定し、この判定結果に基づき、最適な復調用基準データを生成するとともに、この復調用基準データに基づき、前記ベースバンド時間軸波形中の有効データの振幅、位相を判定して前記有効データの値を推定して、これを再生するようにしたので、次に述べる効果を得ることができる。
【0085】
まず、固定受信などのように、伝送路特性の変化が少ない場合には、受信した複数個の基準データの平均値を計算して復調用基準データを求めているので、復調後の受信データのビット誤り率特性を、単一搬送波デジタル変調方式における同期検波の場合のビット誤り率特性に近づけることができる。
【0086】
また、受信した基準データの振幅値変動、位相値変動の大きさおよびその変動率に基づき、受信装置11の固定、移動のうち、どの状態か、伝送路特性が安定しているか、不安定かなどを判定し、この判定結果に基づいて受信した基準データの平均値を計算したり、補間値を計算したり、平均化する基準データの個数を変化させたりして復調用基準データを求めているので、受信装置11の受信形態、伝送路の変動状態がどのような条件であっても、復調用基準データの値として常に最適な値を得ることができ、1台の受信装置11で、固定、可搬、移動受信のいずれかの場合でも、また伝送路特性の変動が大きい場合でも、低いビット誤り率で、有効データを再生することができる。
【0087】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、受信装置の受信形態あるいは伝送路の変動状態がどのような条件であっても、復調用基準データの値として常に最適な値を得ることができ、これによって受信データのビット誤り率を大幅に低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】送信装置の一例を示すブロック図である。
【図2】図1に示すOFDM変調回路の逆フーリェ変換動作例を示す模式図である。
【図3】図1に示すOFDM変調回路が16QAM変調方式によって変調を行なうときにおける各搬送波の信号点配置例、基準データの信号点配置例を示す模式図である。
【図4】図1に示す切り換えスイッチの切り換え動作によって、有効データ間に挿入される基準データの挿入位置の一例を示す模式図である。
【図5】図1に示す送信装置から送信されるOFDM信号の伝送フレーム構成の概要フォーマット例を示す模式図である。
【図6】本発明による受信装置の一実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 送信装置
2 固定基準データメモリ回路
3 タイミング発生回路
4 有効データ・基準データ切り換え制御回路
5 切り換えスイッチ
6 直列並列変換回路
7 OFDM変調回路
8 周波数変換回路
11 受信装置
12 受信データ分離回路
13 復調用基準データ生成回路
14 有効データ再生回路
15 周波数変換回路
16 フレーム同期・シンボル同期再生回路
17 OFDM復調回路
18 並列直列変換回路
19 有効データ・基準データ切り換え制御回路
20 切り換えスイッチ
21 受信基準データメモリ回路
22 伝送路特性変動検出回路(受信状態検出手段、変動率検出手段)
23 平均・補間切り換え平均回数決定/復調用基準データ計算回路
24 受信有効データメモリ回路
25 受信データ振幅・位相計算回路[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a receiving apparatus used for an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), which is a modulation scheme suitable for terrestrial digital television broadcasting or digital audio broadcasting.
[0002]
[Summary of the Invention]
The present invention relates to a receiver in a multi-valued orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) system, which is one type of a multicarrier digital modulation system, and has amplitude / phase reference data serving as a reference for amplitude / phase on a transmission side. Is periodically transmitted at a predetermined position in the transmission frame, and when the receiving device restores the valid data based on the amplitude / phase reference data, a plurality of received amplitude / phase reference data Based on the amplitude value fluctuation, the magnitude of the phase value fluctuation and its fluctuation rate, etc., it is detected whether the receiving device is stopped or moving, and whether the transmission line characteristic is stationary or non-stationary. When detecting the reference data for demodulation based on these detection results, a plurality of received amplitude / phase reference Data by calculating the average value of the data or by calculating the interpolation value, and by averaging, by adjusting the number of averages (the number of averaged amplitude and phase reference data) It is possible to always optimize the value of the reference data for demodulation according to the receiving condition of the receiving device, the characteristic change of the transmission path, and the like.
[0003]
[Prior art]
A transmission / reception system using an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), which is a modulation system suitable for terrestrial digital television broadcasting or digital audio broadcasting, is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-219021. Japanese Patent Application Publication No. 04-017067) discloses an "orthogonal frequency division multiplexing digital signal transmission system and a transmitting device and a receiving device used for the same".
[0004]
In this transmission / reception system, a plurality of signals to be transmitted (valid data) and amplitude / phase reference data (reference data) are set as complex data on the frequency axis by a transmitting device, and these complex data are subjected to inverse discrete Fourier transform. To generate a baseband time-axis waveform on the time axis to generate an OFDM signal, which is transmitted at a radio frequency.
[0005]
Then, the receiving device receives the OFDM signal, reproduces the baseband time-axis waveform, performs a discrete Fourier transform on the baseband time-axis waveform, and calculates the value of each signal based on the value of the reference data obtained thereby. And reproduces the received signal contained in the OFDM signal.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, such an orthogonal frequency division multiplex digital modulation method has the following problems.
[0007]
First, in such an orthogonal frequency division multiplex digital modulation scheme, when restoring valid data based on reference data, the latest demodulation reference data used for restoring the valid data is obtained as the demodulation reference data obtained by the reception operation. When one piece of reference data is used, in principle, the bit error rate characteristics of the demodulated received data should be substantially the same as the bit error rate characteristics in the case of differential detection in the single carrier digital modulation method. it can.
[0008]
However, the receiving apparatus using such an orthogonal frequency division multiplexing digital modulation method is not always fixed at a fixed location, and the transmission path characteristics are not always constant, In an actual receiving apparatus, when one latest reference data obtained by the receiving operation is used as demodulation reference data used for restoring valid data, the bit error rate characteristic of the demodulated reception data is simply There is a problem that the bit error rate becomes worse than the bit error rate characteristic in the case of differential detection in the one carrier digital modulation method.
[0009]
Therefore, in order to eliminate such inconveniences, as a method of obtaining demodulation reference data, a plurality of reference data obtained by the reception operation are averaged so that an optimum value is always obtained as the value of the demodulation reference data. Thus, the bit error rate is reduced even when one receiver is used in a fixed state, in a portable state, in a mobile state, or when the transmission line characteristics fluctuate greatly. It is thought to make it.
[0010]
However, in the method of averaging a plurality of reference data obtained by the reception operation to obtain the value of the demodulation reference data, only the demodulation reference data is temporally averaged. When the amplitude or phase of the received data changes with the passage of time, for example, when the receiving apparatus is moved and received, or when the characteristics of the transmission path change suddenly, the bit error rate is rather deteriorated. There was such a problem.
[0011]
In view of the above circumstances, the present invention can always obtain an optimum value as the value of the demodulation reference data regardless of the condition of the reception mode or the fluctuation state of the transmission path, and thereby, the bit of the reception data can be obtained. It is an object of the present invention to provide a receiving device capable of greatly reducing an error rate.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, an orthogonal frequency division method for generating a multicarrier signal by expanding a plurality of transmission data to be transmitted on a frequency axis and then expanding the transmission data on a time axis in claim 1 A receiving device in a multiplex modulation / demodulation method, wherein effective data is restored from a transmitting side based on amplitude / phase reference data which is inserted at a predetermined position in a transmission frame and periodically transmitted as an amplitude / phase reference. Means for calculating at least one of an average value or an interpolated value of the received plurality of amplitude / phase reference data to obtain reference data for demodulation used for restoring valid data; Receiving state detecting means for detecting whether the receiving apparatus is stationary or moving, or whether the receiving apparatus is stationary or moving, and based on a detection result obtained by the receiving state detecting means. Means for switching whether to obtain demodulation reference data used for restoring data by calculating an average value of a plurality of received amplitude / phase reference data or by calculating an interpolation value. It is characterized by:
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the receiving apparatus according to the first aspect, the fluctuation rate detecting unit detects a change speed of a transmission path characteristic or an approximate value of a moving speed of the receiving apparatus, and the fluctuation rate detecting unit obtains the fluctuation rate detecting unit. Means for obtaining demodulation reference data used for restoring valid data by changing the number of reference data to be averaged when calculating an average value of a plurality of received amplitude / phase reference data based on a detection result It is characterized by having.
[0019]
[Action]
According to the above configuration, the value of the reference data for demodulation is always set to an optimal value regardless of the condition of the reception mode or the fluctuation state of the transmission line, thereby greatly reducing the bit error rate of the received data. Can be done.
[0026]
【Example】
<< Basic principle of receiving apparatus according to the present invention >>
First, when the receiving apparatus is fixed and received, if there is little change in transmission path characteristics, the average value of the plurality of received reference data is calculated and used as the average value of the demodulation reference data. Ask for data.
[0027]
As a result, the bit error rate characteristics of the demodulated received data can be made closer to the bit error rate characteristics in the case of synchronous detection in the single carrier digital modulation method.
[0028]
However, if such averaging processing of the reference data is performed during mobile reception, the bit error rate is rather deteriorated.
[0029]
Therefore, when the receiving apparatus is moved and received or when the change in the transmission path characteristics is large, the latest reference received before the time is used as the reference data for demodulating the valid data received at a certain time. A value obtained by interpolating the data and the reference data first received after the time is used.
[0030]
As a result, the bit error rate characteristics of the demodulated received data can be made closer to the bit error rate characteristics in the case of synchronous detection in the single carrier digital modulation method.
[0031]
In view of the above, in the present invention, the receiving apparatus is used in a fixed reception mode or a portable / mobile reception mode, and the transmission path is in a stable or unstable state. Depending on the receiving conditions, when determining the demodulation reference data from multiple reference data, select the best one of the averaging process or interpolation process, and optimize the number of reference data to be used when averaging. Therefore, an optimum value can be always obtained as the value of the reference data for demodulation, regardless of the condition of the receiving apparatus or the fluctuation state of the transmission path, thereby greatly increasing the bit error rate of the received data. To reduce it.
[0032]
<< Configuration of Example >>
<Description of configuration of transmitting device>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0033]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of the transmission device.
[0034]
The
[0035]
The fixed reference
[0036]
Further, the timing generation circuit 3 oscillates at a preset frequency to generate a frame synchronization signal, a symbol synchronization signal, a carrier wave number count pulse signal, a sampling clock signal, and the like. And the OFDM modulation circuit 7.
[0037]
The valid data / reference data switching
[0038]
The changeover switch 5 receives reference data output from the fixed reference
[0039]
The serial /
[0040]
The OFDM modulation circuit 7 converts each complex number data output from the serial /
[0041]
The
[0042]
<Description of operation of transmitting device>
Next, the operation of the transmitting
[0043]
First, valid data to be transmitted is fetched and supplied to the changeover switch 5, and a fixed value of reference data registered in advance is read out by the fixed reference
[0044]
The output timing of the reference data is determined by the valid data / reference data switching
[0045]
Thus, the reference data is inserted into a predetermined portion between the valid data by the changeover switch 5 to generate serial data, which is converted into parallel data by the serial /
[0046]
Each complex number output from the serial /
[0047]
Next, the signal processing in the OFDM modulation circuit 7 will be described in detail with reference to the schematic diagrams shown in FIGS.
[0048]
First, an outline of general signal processing in the OFDM method is described in a known document, for example, “Le Floch et al.“ Digital Sound Broadcasting to Mobile Receivers ”, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. Pp. 493-503 ".
[0049]
As is clear from this document, in the OFDM method, a plurality of effective data to be transmitted is converted into a plurality of complex data, which are developed on a frequency axis, and subjected to an inverse discrete Fourier transform (IFFT). Thus, an OFDM signal to be transmitted is generated with a baseband time axis waveform on the time axis.
[0050]
In this case, as shown in FIG. 2A, for example, if the number of carrier waves is "600" and the number of IFFT points is "1024", each valid data and reference data are in the form of complex data expanded on the frequency axis. The signal is input to the OFDM modulation circuit 7, and is converted into a baseband time axis waveform as shown in FIG. 2B by the IFFT processing of the OFDM modulation circuit 7. In FIG. 2A, carrier numbers “1” to “300” are assigned to IFFT point numbers “2” to “301”, and carrier numbers “301” to “600” are assigned to IFFT point numbers “725” to “1024”. Assign to
[0051]
Then, each carrier is modulated by a preset modulation method, for example, 16QAM, to generate an OFDM signal, and when transmitting the OFDM signal, signal points of each carrier are arranged based on transmission data as shown in FIG. Then, each carrier is modulated to generate a modulated wave so as to have an amplitude and a phase corresponding to the arrangement position, and any signal point of each carrier is transmitted as reference data for the modulated wave.
[0052]
For example, in FIG. 3, if the carrier number of a certain carrier is “m”, one of the signal points A, B, C, and D is selected according to the value of “
[0053]
When the reference data is transmitted for each transmission symbol, as shown in FIG. 4, the transmission symbol number is “m” and the carrier wave number is “n”, and the m-th transmission symbol is “
(Equation 1)
m≡n (mod 8)
The reference data is transmitted on each carrier having the carrier number “n”.
[0054]
Then, the above processing is performed for each transmission symbol, and as shown in FIG. 5, an OFDM signal having a transmission frame composed of one synchronization symbol and 100 transmission symbols following the synchronization symbol is obtained. It is generated and transmitted to the receiving device side.
[0055]
<Description of configuration of receiving device>
FIG. 6 is a block diagram showing one embodiment of the receiving apparatus according to the present invention.
[0056]
The receiving apparatus 11 shown in FIG. 1 includes a received
[0057]
The reception
[0058]
The
[0059]
The frame synchronization / symbol
[0060]
The valid data / reference data switching
[0061]
The
[0062]
The parallel-to-
[0063]
The
[0064]
The demodulation reference
[0065]
The reception reference
[0066]
The transmission line characteristic
[0067]
In this case, whether the receiving device 11 is fixed based on whether the amplitude value of the reference data periodically output from the reception reference
[0068]
The average data / interpolation switching average frequency determination / demodulation reference
[0069]
In this case, one of the averaging process and the interpolation process is selected based on whether the transmission path characteristic is stationary or non-stationary, or whether the receiving device 11 is fixed or moving. At the same time, the number of reference data to be averaged is adjusted based on the estimated value of the change speed of the transmission path characteristic, and the reference data for demodulation is calculated from the reference data. Is done.
[0070]
The valid
[0071]
The reception effective
[0072]
The reception data amplitude /
[0073]
<Description of operation of receiving device>
Next, the operation of the receiving device 11 will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
[0074]
First, an OFDM signal (reception signal) of a radio frequency is fetched by the
[0075]
As a result, the frame synchronization / symbol
[0076]
Further, in parallel with this operation, the
[0077]
Then, based on a control signal output from the valid data / reference data switching
[0078]
Next, the reference data stored in the reception reference
[0079]
The reference data is read from the reception reference
[0080]
In this case, when it is determined that the change in the transmission line characteristic is small in a state where the reception device 11 is fixed by the transmission line characteristic
[0081]
Further, even when the receiving apparatus 11 is fixed by the transmission path characteristic
[0082]
The valid data is read from the reception valid
[0083]
In this case, the effective data corresponding to one certain transmission symbol number and carrier number is "DRX”, The reference data on the transmitting
DTX/ DRX= STX/ SRX
Becomes
DTX= DRX・ STX/ SRX
Required by Here, these "D"RX”,“ STX”,“ SRX”,“ DTX"Are all complex number data.
[0084]
<< Effects of Embodiment >>
As described above, in this embodiment, the transmitting
[0085]
First, when there is little change in transmission path characteristics, such as in fixed reception, the average value of a plurality of received reference data is calculated to obtain the demodulation reference data. The bit error rate characteristic can be approximated to the bit error rate characteristic in the case of synchronous detection in the single carrier digital modulation method.
[0086]
Also, based on the magnitude of the amplitude value fluctuation and the phase value fluctuation of the received reference data and the fluctuation rate thereof, which state of the fixed state or the moving state of the receiving apparatus 11, whether the transmission line characteristics are stable or unstable. Determine the average value of the received reference data based on this determination result, calculate the interpolation value, or change the number of reference data to be averaged to obtain the demodulation reference data. Therefore, regardless of the receiving mode of the receiving apparatus 11 and the fluctuation state of the transmission path, the optimum value can always be obtained as the value of the reference data for demodulation. Effective data can be reproduced with a low bit error rate even in any of fixed, portable, and mobile reception, and in a case where transmission line characteristics vary greatly.
[0087]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to always obtain an optimal value as the value of the reference data for demodulation, regardless of the condition of the reception mode of the receiving apparatus or the fluctuation state of the transmission path. As a result, the bit error rate of the received data can be significantly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a transmission device.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an inverse Fourier transform operation of the OFDM modulation circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of signal point arrangement of each carrier and an example of signal point arrangement of reference data when the OFDM modulation circuit shown in FIG. 1 performs modulation by a 16QAM modulation method.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of an insertion position of reference data inserted between valid data by a switching operation of a changeover switch shown in FIG. 1;
5 is a schematic diagram showing an example of a schematic format of a transmission frame configuration of an OFDM signal transmitted from the transmission device shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a block diagram showing one embodiment of a receiving device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 transmitting device
2 Fixed reference data memory circuit
3 Timing generation circuit
4 Effective data / reference data switching control circuit
5 Changeover switch
6 Series-parallel conversion circuit
7 OFDM modulation circuit
8 Frequency conversion circuit
11 Receiver
12 Receive data separation circuit
13 Reference data generation circuit for demodulation
14. Effective data recovery circuit
15 Frequency conversion circuit
16 Frame synchronization / symbol synchronization reproduction circuit
17 OFDM demodulation circuit
18 Parallel-to-serial conversion circuit
19 Effective data / reference data switching control circuit
20 Changeover switch
21 Reception reference data memory circuit
22 Transmission line characteristic fluctuation detecting circuit (receiving state detecting means, fluctuation rate detecting means)
23 Averaging / Interpolation Switching Average Number Determination / Demodulation Reference Data Calculation Circuit
24 Receive valid data memory circuit
25 Receive data amplitude / phase calculation circuit
Claims (2)
送信側から、伝送フレーム内の所定位置に挿入されて周期的に送られる振幅・位相の基準となる振幅・位相基準データを基にして有効データを復元する際、受信した複数個の振幅・位相基準データの平均値または補間値の少なくともいずれかを計算して、有効データを復元するために用いる復調用基準データを求める手段と、
伝送路特性が定常的か非定常的か、あるいは当該受信装置が静止しているか、移動しているかを検出する受信状態検出手段と、
前記受信状態検出手段により得られた検出結果に基づき、有効データを復元するために用いる復調用基準データを、受信した複数個の振幅・位相基準データの平均値を計算することにより求めるか、補間値を計算することにより求めるかを切り換える手段と、
を備えたことを特徴とする受信装置。After expanding a plurality of transmission data to be transmitted on the frequency axis, a receiving apparatus in an orthogonal frequency division multiplexing modulation and demodulation method that expands on the time axis to generate a multicarrier signal,
When restoring valid data from the transmitting side based on amplitude / phase reference data which is inserted at a predetermined position in a transmission frame and periodically transmitted as amplitude / phase reference data, a plurality of received amplitude / phase Means for calculating at least one of the average value or the interpolated value of the reference data, and obtaining reference data for demodulation used for restoring valid data;
A transmission state characteristic is stationary or non-stationary, or the receiving apparatus is stationary or receiving state detecting means for detecting whether or not moving,
Based on the detection result obtained by the reception state detecting means, the demodulation reference data used for restoring valid data is obtained by calculating an average value of a plurality of received amplitude / phase reference data, or by interpolation. Means for switching whether to obtain by calculating the value,
A receiving device comprising:
伝送路特性の変化速度、あるいは当該受信装置の移動速度の概算値を検出する変動率検出手段と、
前記変動率検出手段により得られた検出結果に基づき、受信した複数個の振幅・位相基準データの平均値を計算する際の平均化する基準データの個数を変化させて、有効データを復元するために用いる復調用基準データを求める手段と、
を備えたことを特徴とする受信装置。The receiving device according to claim 1,
A rate of change of the transmission line characteristic, or a fluctuation rate detecting means for detecting an approximate value of the moving speed of the receiving device;
Based on the detection result obtained by the fluctuation rate detection means, to change the number of reference data to be averaged when calculating an average value of a plurality of received amplitude / phase reference data, to restore valid data Means for obtaining demodulation reference data used for
A receiving device comprising:
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